Warmumformstähle -Usibor® - ArcelorMittal
Warmumformstähle -Usibor® - ArcelorMittal
Warmumformstähle -Usibor® - ArcelorMittal
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Automotive Worldwide<br />
<strong>Warmumformstähle</strong> -<strong>Usibor®</strong><br />
Auszug aus dem Europäischen Produktangebot -Ausgabe<br />
Bitte beachten Sie, dass die in diesem Katalog gemachten Angaben sich fortlaufend weiterentwickeln.<br />
Wir ersuchen Sie deshalb, bei jeder Bestellung mit unseren Verkaufsteams Rücksprache zu nehmen,<br />
um aktuell und bedarfsgerecht beraten zu werden. Sie können uns ebenfalls per Email unter volgender<br />
Adresse erreichen automotive.request@arcelormittal.com.
<strong>Warmumformstähle</strong> -<strong>Usibor®</strong><br />
Höchstfeste Stähle<br />
Adresse erreichen automotive.request@arcelormittal.com.<br />
Beschreibung<br />
Die Güten <strong>Usibor®</strong> 1500 und 22MnB5 sind Stähle, die nach Warmumformung für Struktur und Sicherheitsbauteile in Fahrzeugen eingesetzt<br />
werden.<br />
Die mechanischen Kennwerte an den Fertigteilen sind extrem hoch, was ein Gewichtseinsparpotential von ca. 30 bis 50% im Vergleich zu<br />
herkömmlichen kaltumgeformten Stahlgüten ermöglicht.<br />
Wesentlichen Vorteile von <strong>Usibor®</strong> 1500 und 22MnB5:<br />
Komplexe Geometrien herstellbar, da beim direkten Prozess die Umformung im austenitischen Bereich und beim indirekten Prozess die<br />
Umformung vor der Wärmebehandlung im noch weichen Zustand ausgeführt wird. Die sehr gute Warmumformbarkeit ermöglicht auch,<br />
Stahllösungen anzubieten, die mehrere Funktionnen integrieren (Entfallen von Verstärkungen und von Füge-Operationen);<br />
Keine Rückfederung;<br />
Homogene mechanische Eigenschaften am Fertigteil;<br />
Außergewöhnlich hohe Crash-und Dauerfestigkeit (<strong>Usibor®</strong> 1500), mit hohem Gewichteinsparungspotential.<br />
<strong>ArcelorMittal</strong> war der erste Stahlhersteller, der einen vorbeschichteten Stahl für die Warmumformung angeboten hat: <strong>Usibor®</strong> 1500-AS mit<br />
einer Schmelztauchbeschichtung aus Aluminium und Silizium.<br />
Weitere Vorteile von <strong>Usibor®</strong> 1500-AS (im Vergleich zum 22MnB5):<br />
Vereinfachung des Herstellungsprozesses und Kostenreduzierung: Strahloperation nach der Wärmebehandlung entfällt, da keine<br />
Zunderbildung, keine besondere Schutzgasatmosphäre in den Austenitisierungsöfen;<br />
Ausgezeichnete temporäre Korrosionsbeständigkeit nach der Warmumformung, so dass ein Beölen der Teile vor dem Zusammenbau<br />
nicht erforderlich ist;<br />
Keine Entkohlung;<br />
Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Durchrostung, heutige Anwendung in Trocken-und Nassbereichen des Fahrzeugs (Schweller zum<br />
Beispiel);<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500-GI feuerverzinkt "Zn" (nur für den indirekten Prozess) und <strong>Usibor®</strong> 1500-GA galvannealed "ZnFe" (für den direkten und<br />
indirekten Prozess) ergänzen jetzt das Beschichtungsangebot.<br />
<strong>ArcelorMittal</strong> hat sein Lieferprogramm für die <strong>Warmumformstähle</strong> durch den Ductibor® 500 ergänzt. Dieser Werkstoff ist als<br />
lasergeschweisste Platine (Laser Welded Blanks -LWB) in Kombination mit <strong>Usibor®</strong> 1500 im Angebot, um warmumgeformte Teile mit lokal<br />
höherer Duktilität als <strong>Usibor®</strong> 1500 zu fertigen. Diese Lösung entspricht den Bedarfsanforderungen, die Verformung von besonderen<br />
Bauteilbereichen des Fahrzeugs während eines Crashs sehr genau zu kontrollieren (Beispiel B-Säulenverstärkung) und so das<br />
Einsatzspektrum von warmumgeformten Stählen auf Energieaufnehmende Bauteile zu erweitern (Beispiel eines Längsträgers).<br />
Zwei Sicherheitsdatenblätter sind verfügbar:<br />
für den Werkstoff im Anlieferzustand und,<br />
für das Produkt nach der Wärmebehandlung.<br />
Besondere Vorsichtsmaßnahmen sind nicht erforderlich.<br />
Anwendungsbereiche<br />
Die Werkstoffe <strong>Usibor®</strong> 1500 und 22MnB5 sind besonders gut geeignet für Fahrzeugteile, die eine sehr gute Crashfestigkeit erfordern.<br />
Die typischen Anwendungen sind:<br />
Stoßfängerquerträger vorn/hinten;<br />
Türaufprallträger;<br />
A-Säulenverstärkung;<br />
B-Säulenerstärkung;<br />
Bodenverstärkungen;<br />
Tunnelverstärkung;<br />
Stirnwandquerträger;<br />
2
Stirnwandquerträger;<br />
Dachquerträger.<br />
B-Säulenverstärkung (Dicke: 1,85 mm)<br />
Stoßfängerträger (Dicke: 2,3 mm)<br />
Türaufprallverstärkung (Dicke: 1 mm)<br />
A-Säulenverstärkung (Dicke: 1,2 mm)<br />
Die möglichen Einsatzbereiche von lasergeschweissten Platinen <strong>Usibor®</strong> 1500 -Ductibor® 500 sind:<br />
Längsträger vorn (vorn, mitte und Verlängerung hinten unter dem Boden);<br />
Längsträger hinten;<br />
3
Längsträger hinten;<br />
B-Säule Verstärkung (oberer Bereich in <strong>Usibor®</strong> 1500, unterer Bereich in Ductibor® 500).<br />
Anwendungsbeispiele von lasergeschweissten Platinen<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 -Ductibor® 500<br />
<strong>ArcelorMittal</strong> verfügt über umfassendes Datenmaterial zu den Umform-und Einsatzeigenschaften von <strong>Warmumformstähle</strong>n. Zur frühzeitigen<br />
Einbeziehung dieser Werkstoffe in neue Konzepte können unsere Experten projektspezifische Untersuchungen ausgehend von der<br />
Modellierung oder auch einer Potentialanalyse durchführen.<br />
Technische Merkmale<br />
Mechanische Eigenschaften<br />
Im Anlieferzustand vor der Warmumformung (zur Information)<br />
R e<br />
(MPa)<br />
R m<br />
(MPa)<br />
A (%)<br />
L 0<br />
= 80 mm<br />
e < 3 mm<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 350 -550 500 -700 ≥ 10<br />
22MnB5 320 -550 500 -700 ≥ 10<br />
Warmgewalzt<br />
Kaltgewalzt<br />
Typische Werte* nach fachgerechter Warmumformung (zur Information)<br />
R e<br />
(MPa)<br />
R m<br />
(MPa)<br />
A (%)<br />
L 0<br />
= 80 mm<br />
e < 3 mm<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 1100 1500 6<br />
22MnB5 1100 1500 6<br />
Warmgewalzt<br />
Kaltgewalzt<br />
* Wärmebehandlung bei 880°C -930°C während 5 -10 Minuten, anschließend Abschreckung im wassergekühlten Werkzeug<br />
(Abkühlgeschwindigkeit > 50°C/Sekunde).<br />
Chemische Zusammensetzung (%)<br />
C Mn Si<br />
Max Max Max<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 0.25 1.4 0.35<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 0.25 1.4 0.35<br />
22MnB5 0.25 1.4 0.35<br />
22MnB5 0.25 1.4 0.35<br />
Warmgewalzt<br />
Kaltgewalzt<br />
Verfügbare Beschichtungen<br />
4
Verfügbare Beschichtungen<br />
Unbeschichtet Galvannealed Extragal® Aluminised<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 X X X<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500<br />
22MnB5 X X<br />
22MnB5<br />
X<br />
Warmgewalzt<br />
Kaltgewalzt<br />
Die Mikrostruktur des <strong>Usibor®</strong> 1500 und 22MnB5 vor der Wärmebehandlung besteht aus einem ferritischen-perlitischen Gefüge.<br />
Mikrostruktur von <strong>Usibor®</strong> 1500 vor der Wärmebehandlung<br />
(Anlieferzustand)<br />
Die Beschichtung von <strong>Usibor®</strong> 1500-AS im Anlieferzustand besteht aus einer legierten Fe-Al-Si Interdiffusionsschicht und einer Aluminium-<br />
Silizium Schicht.<br />
Schliffbild von <strong>Usibor®</strong> 1500-AS vor der Warmumformung<br />
5
Nach der Wärmebehandlung und Abschreckung ist das Gefüge 100% Martensitisch.<br />
Martensitisches Gefüge von <strong>Usibor®</strong> 1500 nach der<br />
Warmumformung (Beispiel : Austenitisierung 5 Minuten bei<br />
900°C; danach Abschreckung im Wasser oder im<br />
Presswerkszeug). Rasterelektronenmikroskop.<br />
Die AlSi Beschichtung von <strong>Usibor®</strong> 1500-AS hat sich im Ofen umgewandelt (Interdiffusions-und Erstarrungsreaktionen), was zu der Bildung<br />
von haftenden und schutzenden unterschiedlichen intermetallischen AlSiFe Schichten führt.<br />
Struktur der Beschichtung nach der Warmumformung<br />
(Auflichtmikroskop)<br />
Wärmebehandlung<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500-AS und <strong>Usibor®</strong> 1500-GA sind für den direkten Warmumformprozess entwickelt worden : Austenitisierung der Platinen in<br />
Öfen, Umformen der heissen Platinen in der Presse mit anschließender martensitische Aushärtung im wassergekühlten Umformwerkzeug.<br />
Die Umformung erfolgt "warm". Wir raten von einer Kaltvorverformung des <strong>Usibor®</strong> 1500-AS ab. <strong>Usibor®</strong> 1500-GI ist mit dem direkten<br />
Warmumformungsprozess nicht kompatibel. Warmumgeformte Bauteile aus <strong>Usibor®</strong> 1500-AS zeigen keine Mikrorisse im Grundwerkstoff.<br />
Ausführliche Daten und weitere Empfehlungen zur Warmumformung des Werkstoffs <strong>Usibor®</strong> 1500 sind auf Anfrage erhältlich.<br />
Direktes Verfahren Indirektes Verfahren Strahlen erforderlich<br />
22MnB5 X X Yes<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500-AS X No<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500-GI X Yes<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500-GA X X Yes or No<br />
Warmgewalzt<br />
Kaltgewalzt<br />
Direktes Verfahren<br />
Indirektes Verfahren<br />
Strahlen erforderlich<br />
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Die Güten Usibor ® 1500-GI, Usibor ® 1500-GA und 22MnB5 weisen eine gute Kaltumformbarkeit auf, und können somit im indirekten<br />
Prozess verarbeitet werden.<br />
Direkter Warmumformprozess für <strong>Usibor®</strong> 1500-AlSi,<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500-GA und 22MnB5<br />
Oberflächenbehandlung<br />
Nach der Warmumformung und Abkühlung können die Bauteile aus <strong>Usibor®</strong> 1500-AS direkt, ohne Strahloperation, lackiert werden. Die hohe<br />
Oberflächenrauheit der Beschichtung auf <strong>Usibor®</strong> 1500-AS Fertigteilen gewährleistet eine ausgezeichnete Haftung der KTL-Lackierung<br />
obwohl keine Phosphathaftung gegeben ist. Phosphatierungsbäder brauchen nicht modifiziert zu werden, und Verunreinigungen treten nicht<br />
auf.<br />
Bauteile aus <strong>Usibor®</strong> 1500-GI müssen gereinigt werden (durch Strahlen), um eine gute Lackhaftung und Schweissbarkeit zu gewährleisten.<br />
Bauteile aus <strong>Usibor®</strong> 1500-GA müssen je nach Kundenanforderung bezüglich Schweissbarkeit und Lackierbarkeit ebenfalls gereinigt<br />
werden.<br />
Bauteile aus 22MnB5 werden immer gestrahlt, um den Zunder an der Oberlfäche zu beseitigen damit eine gute Lackierbarkeit gewährleistet<br />
ist.<br />
Schweissbarkeit<br />
Der Werkstoff <strong>Usibor®</strong> 1500 verfügt über ausgezeichnete Punktschweißeignung sowohl bei 50 als auch bei 1000Hz. Dies gilt sowohl für<br />
homogene Schweißverbindungen (Bleche desselben Stahlwerkstoffes) als auch für heterogene Schweißverbindungen (unterschiedliche<br />
Stahlwerkstoffe).<br />
Die gemessenen Schweissbereiche sind groß und die mechanische Festigkeit der Verbindungen (Kopf-und Scherzug) entspricht den<br />
Anforderungen der Automobilhersteller und Normen. Im Verhältnis zu anderen Metallbeschichtungen sind die Elektrodenstandzeiten dank<br />
der nach dem Warmumformen vorliegenden Beschichtungslegierung außergewöhnlich hoch (mehrere Tausend Schweißpunkte ohne<br />
Leistungsbeeinträchtigung). MAG-und MIG-, sowie alle klassischen Schweißverfahren als auch Löten können problemlos angewendet<br />
werden.<br />
<strong>ArcelorMittal</strong> verfügt über umfangreiche Erfahrung mit dem Punkt-und Lichtbogenschweißen dieser Stähle und bietet hinsichtlich der<br />
Einstellung der Schweißparameter technische Unterstützung an.<br />
Die Schweißbarkeit des Werkstoffes 22MnB5 ist mit der anderer Kohlenstoffstähle mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung<br />
vergleichbar.<br />
Homogene Schweißverbindung (Usibor ® + Usibor ® )<br />
Heterogene Schweißverbindung (Usibor ® und<br />
Multiphasenstahl in dreifacher Dicke)<br />
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MAG-Schweißverbindung<br />
Dauerfestigkeit<br />
Die Dauerfestigkeit kann als Ermüdungsgrenze (ausgedrückt in maximaler Spannung) definiert werden.<br />
Die Güte <strong>Usibor®</strong> 1500 verfügt über eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit selbst gegenüber unbeschichteten <strong>Warmumformstähle</strong>n, deren<br />
Ermüdungseigenschaften durch die Randentkohlung beeinträchtigt werden.<br />
Die nachstehende Tabelle zeigt die Bruchgrenzwerte in MPa nach 2 Millionen Zyklen bei schwingender einachsiger Zugbeanspruchung mit<br />
R = 0,1 und R = -1.<br />
σ D<br />
A 2.10 6 zyklen (MPa)<br />
R=0,1<br />
σ D<br />
A 2.10 6 zyklen (MPa)<br />
R=-1<br />
<strong>Usibor®</strong> 1500 727 475<br />
22MnB5* 617 305<br />
Warmgewalzt<br />
Kaltgewalzt<br />
* ca. 30 Mikrometer Entkohlungstiefe an der Oberfläche nach Warmumformung.<br />
Crashfestigkeit<br />
Die Stahlwerkstoffe <strong>Usibor®</strong> 1500 und 22MnB5 kommen in Sicherheitsbauteilen zum Einsatz. Das außergewöhnlich gute Crashverhalten<br />
und der hohe Eindringwiderstand dieser beiden Werkstoffe können anhand umfangreicher Daten belegt werden.<br />
Diese Werkstoffe ermöglichen Gewichtseinsparpotentiale von 30 bis 50% gegenüber konventionellen Stahlgüten bei vergleichbarer<br />
Leistung.<br />
Das nachstehende Beispiel zeigt die Ergebnisse eines dynamischen Dreipunktbiegeversuchs bei 29 km/h und 10 kJ Energieeintrag. Ermittelt<br />
wurde das maximale Energieaufnahmevermögen an einem Prüfkörper mit einem Querschnitt in Omegaform und einer Dicke von 1,5 mm.<br />
Diese Prüfergebnisse ilustrieren die hohe Crashfestigkeit warmumformgehärteter Stähle im Vergleich zu konventionelleren Stahlsorten.<br />
Geometrie des Prüfkörpers im dynamischen<br />
Dreipunktbiegeversuch<br />
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Messwerte der maximalen Krafteinleitung im dynamischen<br />
Dreipunktbiegeversuch bei 29 km/h (10 kJ)<br />
(Probedicke: 1,5 mm)<br />
Dreipunktbiegeprobe vor und nach dem Crashtest<br />
© <strong>ArcelorMittal</strong> | Letzte Änderung: 07-05-2013<br />
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